Drosophila - Severo Ochoa - Universidad Autónoma de Madrid

Jefe de línea /
Group Leader:
Francisco J. Moreno
Agregación de tau y su implicación
en la enfermedad de Alzheimer
Assembly of tau protein and its
implications in Alzheimer´s disease
B4
Publicaciones
Publications
Resumen de investigación
Research summary
Santa-María, I., Smith, M.A., Perry, G., Hernández, F., Avila, J.,
Moreno, F.J. (2005). Effect of quinones on microtubule polymerization:
a link between oxidative stress and cytoskeletal alterations in
Alzheimer's disease. Biochim. Biophys. Acta 1740, 472-80.
Personal Científico /
Scientific Staff:
Juan S. Jiménez
María José Benítez
Concepción Pérez
Becarios Predoctorales /
Predoctoral Fellows:
Ismael Santa-María
Alejandro Barrantes
Biología Celular Cell Biology
Las tauopatías son alteraciones neurológicas que tienen un
factor común, la presencia de agregados aberrantes de tau
fosforilada (una proteína asociada a microtúbulos). Los
filamentos helicoidales apareados (PHFs) obtenidos a partir
de cerebros de enfermos de Alzheimer (AD) están formados
esencialmente por moléculas de tau hiperfosforiladas. En la
AD, tau interacciona con menor afinidad con los
microtúbulos y esto hace que se autoagregue formando
estructuras aberrantes. Probablemente este proceso se ve
favorecido por la presencia de otras moléculas. Establecer
cuales son las zonas de tau que participan en el proceso de
agregación y que facilitan la formación de filamentos y las
estructuras moleculares implicadas en la agregación es
esencial para comprender cuales son los mecanismos de la
agregación patológica de tau.
Después de establecerse que tau es el principal
componente de los PHFs, se han realizado numerosos
intentos para obtener y caracterizar in vitro, a los PHFs. Por
tanto, se han investigado “nuevas condiciones” que
favorezcan la agregación de tau. Nuestros resultados
establecen una conexión mecanicista directa entre
fosforlilación y agregación, a través de la formación de
estructuras en α-hélice. Hemos investigado la facilidad con
que se agregan diferentes fragmentos y variantes de tau en
presencia de reconocidos agentes inductores que agregan
a tau y nos ha permitido mapearla y establecer que es la
tercera repetición, con la cuál interacciona con los
microtúbulos, la secuencia mínima necesaria para que tau
se agregue, formando filamentos. Además, mediante una
novedosa técnica inmunofluorescente, nos ha permitido
estudiar y caracterizar las estructuras de los PHFs,
procedentes de los cerebros de los AD o los agregados
obtenidos in vitro, mediante la utilización de anticuerpos
especificos de tau o con tioflavina (ThS). Además, hemos
iniciado estudios sobre la interacción de tau con DNA y
otras proteínas implicadas en neurodegeneración mediante
resonancia superficial de plasmón.
También, hemos demostrado utilizando células intactas que
productos derivados de la oxidación de la dopamina (la
dopamina quinona que es neurotóxica), un neurotransmisor
implicado en la enfermedad de Parkinson o una serie de
derivados quinónicos, análogos del coenzima Q,
promueven la polimerización de la tubulina y tau,
respectivamente. Por último, nuestros resultados sugieren
una conexión entre el daño oxidativo y el establecimiento de
las tauopatías.
Tauopathies are neurological disorders with a common
feature, the presence of aberrant phosphotau aggregates.
Paired helical filaments (PHFs) isolated from patients with
Alzheimer’s disease (AD) mainly consist of the microtubuleassociated
protein tau in a hyperphosphorylated form. In
AD, tau binds with lower affinity to microtubules and it selfaggregates
into aberrant structures. Probably helped by
other molecules. Knowing what regions of the protein tau are
involved in its aggregation into aberrant filaments and what
molecular structure is induced by aggregation are critical
steps towards understanding the mechanisms involved in
the pathological aggregation of tau.
After the discovery that tau protein was the main component
of PHFs, several attempts were made to obtain and to
charaterize PHFs in vitro. Consequently, “new conditions”
that could facilitate tau aggregation have been investigated.
Our resuls provide a direct mechanistic connection between
phosphorylation and polymerization in tau, by which
appears to involve formation of α-helix structure. We
investigated the propensity to form fibrillar0 aggregates of a
variety of fragments and variants of the tau protein under the
influence of different tau fibrillization inducers and we have
mapped the in vitro fibrillization hotspot of tau onto the third
repeat of its microtubule binding domain. Additionally, by
using a novel immunofluorescence method, we have
studied and characterized thereaction of isolated tau
filaments from the brain of AD patients, or in vitro assembled
polymers with specific antibodies, or with thioflavins (ThS).
Additionally, we have initiated the study of tau protein
interactions with DNA and other proteins involved in
neurodegeneration by Surface Plasmon Resonance.
We have also demonstrated in intact cells that oxidized
products of dopamine (neurotoxic dopamine quinone), a
neurotransmitter involved in Parkinson’s disease and
Coenzyme analogs, promote tau and tubulin polymerization,
respectively. Our results support a link between oxidative
damage and the onset of tauopathies.
Santa-María, I., Hernández, F., Smith, M.A., Perry, G., Avila, J., Moreno,
F.J. (2005). Neurotoxic dopamine quinone facilitates the assembly of tau
into fibrillar polymers. Mol. Cell. Biochem. 278, 203-12.
Martinez, A., Alonso, M., Castro, A., Dorronsoro, I., Gelpi, J.L., Luque,
F.J., Perez, C. and Moreno, F.J. (2005). SAR and 3D-QSAR studies on
thiadíazolidinone derivatives: exploration of structural requirements for
glycogen synthase kinase 3 inhibitors. J. Med. Chem. 48, 7103-7112.
Mendieta, J., Fuertes, M.A., Kunjishapatham, R., Santa-María, I.,
Moreno, F.J., Alonso, C., Gago, F., Munoz, V., Avila, J. and Hernández,
F. (2005). Phosphorylation modulates the alpha-helical structure and
polymerization of a peptide from the third tau microtubule-binding
repeat. Biochim. Biophys. Acta 1721, 16-26.
Santa-María, I., Perez, M., Hernández, F., Muñoz, V., Moreno, F.J. and
Avila, J. (2006) In vitro tau fibrillization: mapping protein regions.
Biochim. Biophys. Acta 1762, 683-92.
Barrantes, A., Navarro, P.J., Benítez, M.J. and Jiménez, J.S. (2006). A
DNA and histone immobilization method to study DNA-histone
interactions by surface plasmon resonance.
Analytic. Biochem. 352, 151-153.
Santa-María, I., Perez, M., Hernández, F., Avila, J., Moreno, F.J. (2006).
Characteristics of the binding of thioflavin S to tau paired helical
filaments. J. Alzh. Dis. 9, 279-85.
Avila, J., Santa-María, I., Pérez, M., Hernández, F. and Moreno, F.J.
(2006). Tau phosphorylation, aggregation, and cell toxicity.
J. Biomed. Biotechnol. 1-5.
Figura 1. Efecto de las quinonas en cultivos primarios de neuronas de hipocampo.
Figure 1. Effect of quinones on cultured hippocampal neurons.
CBM 2005/2006
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Figura 2. Modelo de la estructura de un PHF. Se sugiere la presencia de una región central estable,
que se tiñe preferentemente por la ThS, y dos extremos dinámicos.
Figure 2. Model of PHF structure. It is suggested the presence of a central stable region,
that is preferentially stained with ThS; and two dynamic ends.
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